1、第一单元第一单元含硫化合物的性质含硫化合物的性质专题专题4硫与环境保护硫与环境保护第第2 2课课时硫酸的工业制备时硫酸的工业制备 浓硫酸的性质浓硫酸的性质素养目标1.知道工业生产硫酸的基本原理及生产过程中原料的综合利用,培养学生证据推理与模型认知的学科核心素养。2.熟知硫酸的化学性质和浓硫酸的特性,增强学生宏观辨识与微观探析的能力。【知识铺垫】稀硫酸具有酸的通性素养初探【必备知识】一、工业制备硫酸1.工业上以硫铁矿为原料采用接触法制硫酸的主要设备及生产流程如图:各进口或出口物质分别是A硫铁矿(FeS2);B炉渣;C二氧化硫、氧气;D尾气。 2.接触法制硫酸的三个步骤 三步骤原料设备反应原理造气
2、S或FeS2沸腾炉4FeS2+11O2 8SO2+2Fe2O3接触氧化O2接触室2SO2+O2 2SO3SO3的吸收 98.3%的浓硫酸吸收塔SO3+H2O=H2SO4【微思考1】工业上为什么不用水吸收SO3,而是用浓硫酸来吸收?提示 为了防止SO3溶于水时反应放出大量热导致酸雾,降低吸收效率。二、浓硫酸的性质及用途1.浓硫酸的物理性质实验室常用的浓硫酸质量分数为98.3%,沸点高,密度比水大,难挥发,溶解时放出大量的热,因此稀释浓硫酸时,应将浓硫酸沿着玻璃棒缓慢地注入到水中,并不断地搅拌。2.浓硫酸的三大特性(1)吸水性吸水性是指浓硫酸能够吸收空气或其他物质中的水分。这里的“水”可以是结晶水
3、合物中的结晶水,也可以是混合气体中的水蒸气,所以浓硫酸可作为干燥剂。(2)脱水性脱水性是指夺取某些有机物中的氢、氧元素形成水分子。所以浓硫酸对有机物有强烈的腐蚀作用,可使有机物脱水炭化。(3)强氧化性浓硫酸能与绝大部分的金属、部分非金属反应,在反应中浓硫酸作氧化剂。冷的浓硫酸使Fe、Al等金属表面生成一层致密的氧化物薄膜而钝化。活泼性在H以后的金属(Pt、Au除外)也能被浓硫酸所氧化,如Cu与浓硫酸可以发生反应。浓硫酸与非金属反应,写出C与浓硫酸反应的化学方程式:C+2H2SO4(浓) CO2+2SO2+2H2O,反应中浓硫酸体现的性质为强氧化性。能与其他还原性物质反应,如H2S、HI等。【微
4、思考2】浓硫酸脱去了CuSO45H2O中的结晶水,体现了浓硫酸的什么性质?提示 吸水性。3.硫酸的用途(1)制磷肥、氮肥等肥料,也可用于除锈,还可制实验价值较大的硫酸盐等。(2)利用其吸水性,在实验室浓硫酸常用作干燥剂。(3)利用浓硫酸的高沸点、难挥发性,常用于制取各种挥发性酸,如HCl气体。(4)利用其脱水性,常用作脱水剂。【正误判断】判断下列说法是否正确,正确的打“”,错误的打“”。(1)浓硫酸具有强氧化性,稀硫酸不具有氧化性。()(2)浓硫酸有脱水性,所以可以作干燥剂。()(3)浓硫酸与稀硫酸都可以利用铁制容器贮存。()(4)浓硫酸与铜的反应只体现了浓硫酸的强氧化性。()(5)常温下,浓
5、硫酸能使铝、铁钝化,说明浓硫酸与铝、铁不反应。()(6)浓硫酸在常温下可迅速与铜片反应放出二氧化硫气体。()新知一新知一 接接触法制备硫酸触法制备硫酸【问题探究】1.含硫矿石使用前为何要粉碎?提示 矿石经粉碎可增大反应物间的接触面积,使反应更充分。2.接触室内使用热交换器的目的是什么?提示 目的是利用SO2和O2反应放出的热量预热输入设备的气体,冷却反应后生成的三氧化硫。3.二氧化硫和空气的混合气体在进入接触室之前为什么要净化?提示 硫铁矿中含有杂质,会与接触室中催化剂发生作用导致其失效。素养提升【深化拓展】工业制备硫酸的流程图【素能应用】例1 为了研究工业上制硫酸中吸收SO3应选用的物质,某
6、实验小组仿照工业上制备硫酸的流程设计了下面的实验装置。(1)根据上述设计,说明该实验的目的是;写出在沸腾炉内发生反应的化学方程式:。 (2)装置甲在本实验中的作用之一是。 (3)反应中要求乙反应器内氧气的量要比二氧化硫的量多一倍左右,控制这一比例的实验现象是;实验时发现,丁装置在反应过程中先出现气泡,不久就出现了白雾,而丙装置一直都没有任何现象。据此得出的下列结论中正确的是。 A.浓硫酸不能吸收产生的气体B.水与三氧化硫的反应是放热反应C.浓硫酸吸收的效果比水好D.水的吸收效果比浓硫酸好(4)上述实验装置有合理的,也有不合理的。请就某一方面说说你对该实验装置的评价:。 答案 (1)比较浓硫酸和
7、水吸收三氧化硫的效果4FeS2+11O2 2Fe2O3+8SO2(2)干燥二氧化硫和氧气(或使SO2和O2充分混合或调节气体的流速)(3)甲装置中,通氧气气体的导管口产生气泡的速率大约是通二氧化硫导管口的2倍BC(4)缺少尾气吸收装置等(合理答案均可)规律方法 1.在沸腾炉中,将矿石粉碎成细矿粒的目的一是增大接触面积,加快燃烧的速率;二是使原料充分燃烧,提高原料的利用率。将矿石从上部投入,空气从下面充入的目的是增大反应的接触面积,便于加快反应速率。2.在接触室中,多余的气体再充入接触室中,是为了提高利用率。3.在吸收塔中,用98.3%的浓硫酸吸收SO3是因为SO3与水反应产生大量酸雾,形成酸雾
8、不利于SO3的吸收,用98.3%的浓硫酸吸收SO3,形成发烟硫酸,再用水稀释,效果更好。变式训练 1在硫酸的工业制法中,下列措施以及采取这些措施的原因分析都正确的是()A.硫铁矿燃烧前需要粉碎,这样易于向沸腾炉中投料B.炉气进入接触室之前需要净化、干燥,因为炉气中的杂质易与SO2反应C.SO2氧化为SO3时需要使用催化剂,这样可以使SO2全部转化为SO3D.SO3的吸收一般用98.3%的浓硫酸,而不用水,因为用水吸收易形成酸雾,不利于SO3的吸收D新知二新知二 浓浓硫酸的特性硫酸的特性【问题探究】1.实验探究性质 实验操作实验现象实验结论吸水性蓝色晶体变成色粉末 CuSO45H2O CuSO4
9、+5H2O浓硫酸具有性 白 吸水性质实验操作实验现象实验结论脱水性蔗糖逐渐变,体积,形成疏松多孔的海绵状的炭 品红溶液褪色浓硫酸具有性和性,且能氧化碳单质,本身被还原 黑膨胀脱水强氧化性质实验操作实验现象实验结论强氧化性铜片慢慢溶解铜片表面 品红溶液逐渐变为色 把反应试管里的溶液慢慢倒入水中,溶液变为色 浓硫酸具有强氧化性Cu和浓硫酸反应的化学方程式: 有气泡逸出无蓝2.作为常用的气体干燥剂之一,浓硫酸是否可以干燥所有的气体?提示 (1)凡是不与浓硫酸反应的气体,都可以用浓硫酸干燥,如:H2、CO、CO2、O2、N2、SO2、HCl等。(2)碱性气体NH3不能用浓硫酸干燥,它可以与H2SO4发
10、生反应:2NH3+H2SO4 =(NH4)2SO4。(3)还原性气体不能用浓硫酸干燥,如H2S、HI、HBr等,它们可以被浓硫酸氧化。3.浓硫酸有强氧化性,常温下应如何储运浓硫酸?提示 因常温下,浓硫酸能使Fe、Al“钝化”,故可用铝槽(或铁罐)车储运浓硫酸。4.浓硫酸与蔗糖的脱水实验时,为什么能闻到刺激性气味?提示 浓硫酸与生成的炭反应,生成了有刺激性气味的SO2气体。5.浓硫酸与足量的铜、锌反应的原理有何差异?提示 Cu与浓硫酸加热时发生反应,而稀硫酸与Cu加热时不反应;Zn与浓硫酸反应生成SO2气体,而与稀硫酸反应生成H2,即足量Zn与浓硫酸反应得到的为SO2与H2的混合气体。【深化拓展
11、】1.浓硫酸吸水性和脱水性的区别浓硫酸吸水是把物质中含有的H2O分子或结晶水吸收。浓硫酸脱水是把有机物中的氢元素和氧元素按原子个数比2 1的形式脱去。所以,二者的本质区别是物质中有没有水分子。浓硫酸能够吸收空气中的水分和其他物质表面的水分,因此浓硫酸常用作干燥剂。但是它不能用来干燥碱性气体(如NH3)和强还原性气体(如H2S)。2.浓硫酸与稀硫酸的本质区别(1)浓硫酸具有强氧化性,主要是构成酸根的中心原子 易获得电子,显示出与稀硫酸不同的强氧化性。而稀硫酸具有的氧化性是电离出的H+得到电子,如氧化较活泼的金属Zn、Fe等。(2)浓硫酸溶于水放出大量的热,因此稀释浓硫酸时,应把浓硫酸沿器壁慢慢注
12、入水中,并不断搅拌。3.浓硫酸特性的体现(1)与金属的反应较活泼金属(体现强氧化性和酸性)较不活泼金属:金属+浓硫酸 高价态硫酸盐+SO2+H2O(体现强氧化性和酸性)注意:反应条件为加热,浓硫酸的还原产物是SO2。(2)与非金属反应:浓硫酸具有强氧化性,非金属被氧化为高价态氧化物或含氧酸。(3)与还原性物质反应:浓硫酸具有强氧化性,能将还原性物质(如H2S、HI)氧化(体现强氧化性)。【素能应用】例2 用右图所示实验装置(夹持仪器已略去)探究铜丝与过量浓硫酸反应的产物,下列有关说法不正确的是()A.品红溶液的作用是验证SO2的漂白性B.试管中盛放的试剂可以是NaOH溶液或Na2SO3溶液C.
13、停止反应后,立即向中加水后溶液呈蓝色D.该反应中浓硫酸既表现了强氧化性,又表现了酸性C规律方法 浓硫酸与不活泼金属或非金属反应的有关规律:a.反应要加热,否则不反应。b.还原产物一般是SO2。一般金属被氧化为高价态的硫酸盐,非金属被氧化为高价态氧化物或含氧酸。c.浓硫酸与金属反应时,既表现酸性又表现强氧化性;与非金属反应时,只表现强氧化性。d.随着反应的进行,硫酸浓度变小,一旦变为稀硫酸,反应就停止。变式训练 2-1在实验探究课上,同学们积极思考,共设计出如图所示的四种实验方案用以验证浓硫酸的吸水性,其中在理论上可行的是()A.B. C. D.A变式训练 2-2探究Cu和浓硫酸的反应,下列装置
14、或操作正确的是() A.用装置甲、乙制备和收集SO2B.用装置甲、丙制备和稀释CuSO4溶液C.用装置乙、丁收集和检验SO2的漂白性D.用装置甲、丁制备和探究SO2的漂白性D素养脉络1.在下图的实验装置中,实验开始一段时间后,对看到的现象叙述不正确的是()A.苹果块会干瘪B.胆矾晶体表面有白斑C.小试管内有晶体析出D.pH试纸变红D素养巩固2.浓硫酸有许多重要的性质,在与含有少量水分的蔗糖作用过程中不能显示的性质是()A.酸性B.脱水性C.强氧化性D.吸水性A3.下列事实与原因(括号中)对应关系正确的是()A.在空气中敞口久置的浓硫酸,溶液质量增大(浓硫酸具有难挥发性)B.向某样品溶液中先滴加过量的稀盐酸无现象,再滴加BaCl2溶液后出现白色沉淀(样品溶液中含有 )C.蔗糖与浓硫酸反应中有海绵状的炭生成(浓硫酸具有吸水性)D.浓硫酸可与铜反应(只显示浓硫酸的强氧化性)B4.在硫酸工业生产中,SO3的吸收过程是在吸收塔(如图)中进行的,吸收塔里还装入了大量瓷环。下列有关说法不正确的是()A.从处通入SO3,整个吸收操作采取逆流的形式B.从处喷下98.3%的硫酸,瓷环的作用是增大接触面积C.从处导出的气体只含有少量SO2,可直接排入大气D.从处流出的是可用水或稀硫酸稀释的硫酸C
